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振动主动控制系统

近年来随着各种高科技产业制程越来越精
密,相关的仪器设备对于环境振动隔离的要求
也越来越严格。在半导体产业有许多设备都必
须考虑降低环境振动,如曝光设备scanner、
stepper,检验设备SEM、SPM、TEM、椭圆偏
光仪等等,几乎每一台设备都需要安装隔振系
统。
传统被动式隔振系统多半是以气垫弹簧或
者是钢圈弹簧阻成,有些会再加入阻尼以降低
自然频率的共振效果。适当的设计通常可以隔
离频率在3、4 Hz以上的振动,而且越高频率
的振动隔离效果越佳,但是却会放大低频率的
振动,尤其是隔振系统自然频率的振动。对于
结构第一自然频率超过20、30 Hz的多数仪器设
备而言,这些无法隔离而传递上来的低频率地
板振动在经过设备仪器结构体时,已经大幅衰
弱而没有明显的影响。然而对于现代微奈米等
级的精密设备仪器而言,许多都对2、3 Hz的
低频率振动十分敏感,变化缓慢的低频率振动
可能对于承载大质量组件的梁结构造成类似静
态弯曲的明显位移,造成系统内各个组件的相
对运动,严重影响其定位的精度。例如,对于
长行程的雷射量测应用,会产生光程的扰动;
对于SPM(Scanning Probe Microscope)会使光
学影像模糊;或是造成电子束偏离预期的路径
等等。因此,如何有效隔离低频率振动,以降
低对超精密仪器设备的影响,一直是高科技产
业所关切的问题。在整个科技界朝向微小化的
过程中,硬盘储存密度越来越大、半导体制程
的线宽越来越小、所有光学系统分辨率越来越
高,这些发展将使得低频率微振动的主动控制
研究益发显得重要。因此,国内自行研发一个
符合微奈米等级之精密仪器设备振动规范需求
的主动式隔振系统,实为高科技产业所迫切需
要的。
振动的控制方法主要为:被动式(Passive)与主
动式(Active)的控制方法。过去传统中振动问题之
防治,大多使用被动式的控制方式,此系将隔振
组件与吸振材料之组合体,置于振动源或是对振
动敏感的精密仪器设备的基座上,利用吸振材料
的吸振性质将振动能量吸收,或由隔振组件予已
隔绝。此种方法通常对于中高频的振动有很好的
效果,但对较低频振动,则因受限于传统隔振系
统的自然频率0f的特性,在低于02f的频率范围振
动无法予以抑制。
振动与噪音主动控制是应用一些可控制致动器所产生的
“第二”振动或噪音场与原始“主要”的扰动场形成破坏性
干涉的原理。我们采用传统被动式隔振平台作为实验研究之
基本模块,将主动控制技术与被动控制技术相互结合。主动
控制是针对共振频率附近的的低频率振动进行控制研究,并
探讨应用PZT与音圈致动器的控制效果。

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